(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221083983 3.1 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 钟剑　毛永恒　吴乔飞　陈亮　 郑香林　徐伟　汪亦显　李瑾　 张颖　胡加夫　赵宏飞　王钰珺　 (74)专利代理 机构 合肥和瑞知识产权代理事务 所(普通合伙) 34118 专利代理师 王挺 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/08(2012.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成 本评估方法 (57)摘要 本发明属于建筑施工技术领域， 具体公开了 一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评 估方法。 该方法通过对桥梁的施工方法、 工期长 短、 桥梁所在地的大气环境， 以及地震区划等因 素综合考虑。 建立桥梁多阶段地震风险概率分布 模型， 并将桥梁震害预算清单中的费用数据和震 害损伤带来的维修时间数据导入桥梁全阶段性 损伤概率分布公 式， 通过条件概率运算得到桥梁 地震灾害直接成本和间接成本时变曲线。 这不仅 能够对桥梁全生命周期的地震风险成本进行预 估， 而且为桥梁建设投资方提供更为准确的地震 风险成本 评估， 为投资决策提供参 考。 权利要求书3页 说明书9页 附图6页 CN 115271395 A 2022.11.01 CN 115271395 A 1.一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本 评估方法， 其特 征在于， 包括 S1： 确定桥梁建设方案的基本要素； 所述基本要素包括桥梁类型、 施工方法、 桥梁大气 环境， 桥地址烈度区划 和桥梁使用年限； S2： 依据桥梁类型和桥梁 对应的施工方法建立多阶段有限元模型； S3： 所述桥梁环境包括地震环境和大气环境； 依据桥梁的地震环境建立地震灾害曲线； 依据桥梁的大气环境建立 桥梁内部钢筋退化模型； S4： 所述多阶段有限元模型通过云图法对所有模型计算非线性时程响应后， 与地震灾 害曲线的地震 波对数拟合后建立 概率地震需求模型； S5： 所述钢筋退化模型结合桥梁的使用年限依据 材料劣化模型计算得到构件能力退化 模型； S6： 所述概率地震需求模型与构件能力退化模型结合， 并依次计算退化后构件的地震 响应， 更新需求模型， 并绘制易损曲线与地震风险曲线卷积相乘得到桥梁多阶段地震风险 概率分布模型； S7： 绘制桥梁全生命周期桥梁地震风险时变曲线； 将桥梁震害预算清单中的费用数据 和震害损伤带来的维修时间数据导入桥梁全阶段性损伤概率分布公式， 通过条件概率运算 得到桥梁地震灾害直接成本和间接成本时变曲线； S8： 对施工因素地震风险预警值进行评估； 通过工期计划对桥梁完工时间的预设， 以桥 梁的地震灾害成本时变曲线对施工阶段 的积分占全生命周期的一定百分比比的完工时间 作为预警值， 施工时间大于预警值时间， 则表明该施工过程中的地震风险需引起重视， 应采 取相关的抗震措施以减少 损失。 2.根据权利要求1所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法， 其特 征在于， 所述多阶段桥梁模型包括桥梁的施工期和运营期； 所述施工期按施工计划将桥梁 施工过程划分为多个阶段， 并模拟相应结构的有限元模型； 所述运营期根据桥梁使用年限 内不同年份下 材料老化的强度， 划分 建立不同老化 程度的桥梁有限元模型。 3.根据权利要求2所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法， 其特 征在于， 所述多阶段有限元模型通过opensees公式进行数值模拟； 所述地震灾害曲线通过 当地地震频率记录线性拟合得到； 依据地震灾害曲线， 通过云图法将计算出每个地震波下 桥梁结构的地震响应， 并通过回归分析得到概率地震需求模型； 对构件各阶段的结构地震 概率需求和施工过程中以关键工况划分进 行非线性时程分析， 得到 分阶段的概率地震需求 模型(PSDM)： HIM(IM)＝k0IM‑k          (3.1) SD(i)＝a(i)(IM)b(i)          (3.2) 其中， k0、 k、 a、 b、 c是拟合系数； IM代表每条地震波的强度， 选用每条地震波中的最大加 速度作为拟合的数据； i表示在不同的阶段进行计算； 其中， HIM代表当地记录的强度为IM的 地震发生的概率； SD代表每条地震波作用下结构通过计算得到 的结构产生的位移、 曲率变 形等地震响应， 作为结构在地震作用下的需求。 4.根据权利要求3所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法， 其特 征在于， 所述材 料劣化模型包括钢筋强度时变模型； 所述钢筋强度时变模型， 引入钢筋发生锈蚀的参数， 并引入计算桥梁截面损 失率的时权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115271395 A 2变特性的数 学模型： A0为钢筋锈蚀尚未发生时的钢筋截面 面积： A(t)表示钢筋锈蚀发生后的钢筋截面 面积； A(t)＝A0‑rcorr(t‑Ti)         (4.2) Ti代表钢筋开始腐蚀的时间， 钢筋锈蚀是在混凝土保护层失效后开始的， 一般环境下Ti 取10年， 沿海环境 为6年； rcorr为钢筋腐蚀速度计算公式参 考Stewat得到： 其中w/c是混凝土制作中的水 灰比， C是混凝 土保护层厚度。 5.根据权利要求4所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法， 其特 征在于， 所述的构件能力退化模型根据钢筋强度时变模型数据计算截面能力得到， 以十年 为跨度计算历年截面退化后的能力， 作为多阶段易损性分析的能力样本 。 6.根据权利要求5所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法， 其特 征在于， 对多阶段有限元模型进行非线性分析得到概率地震需求模型， 在不同构件能力退 化状态下重复计算模型， 绘制不同阶段 的易损性 曲线， 易损性 曲线再分别与地震灾害模型 卷积运算， 得到地震损伤风险概 率分布， 阶段i下的地震损伤风险概 率值的计算公式如下； Pi[SD≥SC|IM]表示一定地震强度IM下， 结构地震产生的响应损伤状态D发生的概率分 布函数； 具体展开如下： i表示在阶段i下， βd是该阶段计算地震 概率需求模型拟合结果和实际值 之间的标准差； dHIM(IM)表示 通过当地 地震频率记录线性拟合得到的地震灾害曲线的导数。 7.根据权利要求5所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法， 其特 征在于， 所述桥梁各阶段的易损性曲线与地震灾害曲线卷积运算得到该阶段下桥梁地震风 险的概率值； 再根据不同阶段的概率值随时间的变化情况按以下形式进 行非线性拟合得到 以时间为变量 桥梁损伤概 率曲线计算公式如下： P(t)＝a*t1.5+b*t+c         (7.1) a、 b、 c均为拟合 参数。 8.根据权利要求6所述的一种考虑施工及运营期的桥梁地震风险成本评估方法， 其特 征在于， 震后维修费用的计算方法基于构件的全桥维修费用估计方法， 即通过对每个构件 的维修费用求和得到， 如下公式所示：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115271395 A 3